Peatükk 9. Üldteave gaaside segamise kohta.
Peatüki eesmärgid ja eesmärgid:
Õppige hapnikuga töötamisel tuleohutuseeskirju
Tutvuge hapnikuga käsitsemise ja sellega töötamise reeglitega
Lisateave 40% reegli rakendamise kohta
Siit saate teada erinevate gaaside segamise süsteemide kohta.
Uued terminid selles peatükis.
Tuleohtlik (tuleohtlik) kolmnurk
Hapnikuga ühilduv määre
Adiabaatiline kuumutamine (diiselprotsess)
Hapniku puhastamine
40% reegel
Osarõhkude segamine
Pideva vooluga segamine
Imendumine koos absorbendi perioodilise puhastamisega
Membraani eraldamine.
Sukeldujana, kes kasutab sukeldumisel rikastatud segusid, peate suutma neid segusid hankida. Te ei pea teadma, kuidas nitroksi ise valmistada, kuid teil peaks olema arusaam selle valmistamisest ja nitroxi poolt kehtestatud seadmete puhastusnõuetest. Selles peatükis vaadeldakse mõningaid rikastatud segude tootmiseks levinud meetodeid ning käsitletakse nende eeliseid ja puudusi. Hingatav segu peab olema sobiva hapnikusisaldusega.
1. Käsitsemine ja hapnikuga töötamine.
Hapnik on hämmastav gaas. Ta võib olla nii sõber kui ka vaenlane. Sukeldumiseks kasutatavate gaaside segamisel peab operaator saavutama kõrgsurve segus sobiva hapnikusisalduse. Seda saab teha, segades puhast hapnikku lämmastiku või õhuga või eemaldades osa lämmastikust õhust. Peamine probleem kõrgsurvehapniku segamisel on tuleoht. Kõik, mis pole täielikult oksüdeerunud – ja see tähendab praktiliselt kõike – põleb kõrge rõhu all olevas hapnikus, kui on olemas süüteallikas. Segude käitlemisel on teatud risk, kuid puhta suruhapniku käitlemine kujutab endast palju suuremat ohtu. Rikastatud segusid kasutav sukelduja ei pea valdama puhast hapnikku käsitsema, kuid tal peab olema teatud arusaam kaasnevatest riskidest, kuna hapnikku kasutatakse, kuna sukelduja tegevus muutub keerukamaks ja ulatuslikumaks.
2. Tuleohtlik (tuleohtlik) kolmnurk.
Tulekahju vältimiseks peate teadma, millised komponendid tulekahju põhjustavad ja toetavad. Need komponendid on näidatud joonisel
nn tuleohtliku või tuleohtliku kolmnurga kujul. Tuli on kiire keemiline reaktsioon kütuse ja hapniku (oksüdeerija) vahel, mis saab tekkida ainult süüteallika (soojuse) olemasolul. Oksüdeerumine võib toimuda ilma põlemiseta, nagu näiteks roostetamise ajal. Tulekahju tekib süüteallika (kuumuse) olemasolul. Pärast süütamist eraldub keemilise põlemisreaktsiooni käigus energiat (soojust), mis toetab edasist põlemist. Kui eemaldame ühe komponendi (kütus, hapnik, süüteallikas), ei saa tulekahju tekkida. Kui seetõttu pole kõiki kolme komponenti korraga olemas, välditakse tulekahju. Kui leek on juba olemas, põhjustab ühe komponendi eemaldamine leegi kustumist. Need on tuletõrjeteooria põhitõed. Teine oluline punkt on see, et tuli peab oma olemasolu säilitamiseks levima. Mõnikord lisandub ülalkirjeldatud “kolmnurga” teise komponendina isegi soov tuld levitada.
3. Hapnik.
Allpool käsitletud olukordades esineb hapnikku suuremates kontsentratsioonides kui selle kontsentratsioon õhus. See tähendab, et oksüdeerija "süttivas kolmnurgas" on vaikimisi alati olemas ja seda ei saa sellest "tulevalemist" eemaldada. Kõik teavad, et õhuhapnik võib sobivatel asjaoludel põlemisreaktsioonides aktiivselt osaleda, mistõttu ei tohiks olla üllatav, et suurem kontsentratsioon võib riski ainult suurendada. Lisaks tuleb meeles pidada, et suurenenud hapnikusisaldus õhus tähendab inertgaasi sisalduse vähenemist. Sel ja mõnel muul põhjusel ei sõltu põlemise intensiivsus lineaarselt hapniku protsendist. See sõltub nii hapniku protsendist (osakaalust) segus kui ka selle osarõhust ning suureneb oluliselt nende parameetrite kasvades.
4.Kütus.
Selles lõigus räägime gaasisüsteemis saadaolevast kütusest, mis võimaldab kasutada gaasi hingamiseks. Kõrge hapnikurõhu korral võib tulekahju korral süsteem ise muutuda keemilise reaktsiooni kütuseks, kuid tulekahju süttimiseks on vaja midagi süttivamat. See võib olla mõni süsteemi eraldiseisev osa, lahusti, määrdeaine või süsteemi pehmed komponendid (kumm, plast).
Mõned gaasisüsteemides leiduvad kütused võivad olla tavatingimustes praktiliselt mittesüttivad ja hapnikuga rikastatud keskkonnas väga tuleohtlikud. Nende kütuseliikide hulka kuuluvad silikoonmääre, silikoonkummi, neopreen, kompressori määrdeained, plasti- ja metallilaastud ja -purud, orgaanilised ained ja materjalid, erinevat tüüpi tolm, isegi määrderõngad. Võib-olla on kõige ohtlikumad kütused erinevad määrdeained. Levinud on eksiarvamus, et silikoon (ilmselt eksootilise nimetuse tõttu) on hapnikuga kasutamisel ohutu. Tegelikult pole see tõsi. On olemas spetsiaalsed hapnikuga ühilduvad määrdeained, nagu Christo-lube, Krytox, Halocarbon. Just neid isemäärdeid tuleks kasutada hapnikuga rikastatud keskkonnas.
5. Süütamine.
Mõned süüteallikad on ilmselged, kuid enamik neist on väljaspool gaasisüsteemi ja me ei võta neid arvesse. Süsteemi kaks peamist süüteallikat on gaasi hõõrdumine ja kokkusurumine süsteemi läbimisel. Mõistet "hõõrdumine" kasutatakse siin üldises tähenduses: mis tahes osakeste olemasolu gaasivoolus või gaasivoolu enda liikumise ja selle kokkupõrke tähenduses gaasitorude nurkadega või muude takistustega. . Teine nähtus – seesama, mis põhjustab ballooni kuumenemise – võib samuti põhjustada tulekahju (kui eraldub piisavalt soojust). See on sama efekt, mis põhjustab süüteküünlata diiselmootori silindrites kütuse süttimise. Seda efekti nimetatakse "adiabaatiliseks kuumutamiseks (diiselprotsess)".
Ballooni klapi äkiline avanemine ja sulgemine gaasi kokkusurumisel võib põhjustada temperatuuri tõusu kuni süttimispunktini ja kui gaasivoolus on saasteaineid, siis süüte ise. Seetõttu ei kasuta kompressorid kiirvahetusventiile (“kuulventiile”).
6. Hapnikusüsteemide kasutamine.
Selle peatüki oluline sõnum on see, et hapniku käitlemise riski saab minimeerida, järgides süsteemide projekteerimisel ja käsitsemisel teatud reegleid. Eelkõige on oluline vältida teravaid nurki ja kiirvahetusklappe ning kasutada sobivaid materjale. Õhusüsteemide valmistamisel kasutatavad metallid sobivad ka hapnikusüsteemide valmistamiseks. Mis puutub "pehmetesse komponentidesse", nagu tihendid, painduvad liigendid, membraanid, siis need tuleb asendada hapnikuga ühilduvatega. Mõnel juhul on põhikriteeriumiks väiksem hapnikusüttivus, kuid enamasti on selleks suurenenud vastupidavus hapnikule kõrge rõhu all. Saadaval on spetsiaalsed komplektid, mis võimaldavad teil muuta õhuseadmed nitroksi kasutamise seadmeteks.
Nende hulka kuuluvad seadmete nõuetekohane puhastamine ja hooldus, sobivate määrdeainete kasutamine, gaaside käitlemine viisil, mis ei põhjusta süttimist, ning ventiilide aeglane ja sujuv avamine.
7. Hapnikuga kasutamiseks mõeldud puhastusseadmed. Mõned kaalutlused seadmete puhastamise kohta.
Mõiste “hapnikupuhastus” tekitab harrastussukeldujates mõningast segadust. Põhjus on selles, et pole täiesti selge, kas 21–40% hapnikku sisaldavate segudega kasutamiseks on vaja seadmeid puhastada. Sellel probleemil on sügavamad juured: puuduvad väljatöötatud ja standardiseeritud tööstuslikud protseduurid segude käitlemiseks, mis sisaldavad vahepealset hapnikusisaldust vahemikus 21% (õhk) kuni 100% (puhas hapnik). Standardid kehtivad ainult puhta hapniku käitlemise kohta; Seega on iga segu, mis sisaldab rohkem kui 21% hapnikku, praeguste standardite järgi samaväärne puhta hapnikuga. Seetõttu tuleb kõigi toimingute tegemiseks vastavalt tööstusstandarditele käsitleda mis tahes rikastatud segu puhta hapnikuna.
Compressed Gas Association CGA, National Fire Protection Association NFPA, NASA ja mitmed teised organisatsioonid soovitavad käsitleda keskmise kontsentratsiooniga gaase puhta hapnikuna. See ei tähenda, et nad on selles kontsentratsioonivahemikus mingeid uuringuid läbi viinud. See tähendab ainult seda, et puuduvad tööstuslikult välja töötatud ja aktsepteeritud standardid ning need organisatsioonid eelistavad võtta konservatiivset seisukohta. Teisest küljest on USA merevägi välja töötanud protseduurid, mille kohaselt võib segusid hapnikusisaldusega kuni 40% käsitleda käitlemisel õhuna. Testitulemusi, mis viitaksid selle järelduse tõele, pole avaldatud, kuid seda lähenemist on praktiseeritud juba aastaid ja selle probleemiga seotud õnnetustest pole teateid. NOAA on selle kontsentratsioonipiiri kasutusele võtnud rikastatud segudega töötamisel; NAUI üldiselt ka, aga teatud piirangutega.
Puhas suruõhk.
Veel üks segadus tekib seoses mõistega "õhu puhtus". Erinevate ühenduste ja organisatsioonide (CGA, US Navy) kasutatavad hingamisgaasi puhtuse erinevad "klassid" tekitavad segadust rikastatud segu puhtuse osas. Standardid lubavad mõningase õli (süsivesinike) auru olemasolu suruõhus (tavaliselt 5 mg/cu.m.). See kogus on hingamise seisukohast ohutu, kuid suruhapnikuga töötades võib see olla tulekahju seisukohalt ohtlik.
Seega puuduvad üldtunnustatud ja kokkulepitud õhu puhtuse astmed, mis määraksid selle sobivuse puhta hapnikuga segamiseks. Tööstusstandardite kehtestajad on kokku leppinud, et süsivesinike tase on suurusjärgus 0,1 mg/m3. m võib pidada vastuvõetavaks õhu jaoks, mida "tuleb täiendavalt segada hapnikuga". Viimastel aastatel on nendele nõuetele vastava suruõhu tootmiseks muutunud kättesaadavaks filtrisüsteemid (pildil). Kompressorid, mis takistavad õhul määrdeainega kokku puutuda, tulevad selle ülesandega muidugi paremini toime, kuid on oluliselt kallimad.Formaaliseeritud lähenemine hapniku puhastamisele.
Väljend "hapnikupuhastus" kõlab hirmutavalt ka põhjusel, et selle tööstuslik rakendamine nõuab üsna rangete protseduuride järgimist. Need perioodilised protseduurid avaldavad CGA ja teised organisatsioonid. Need on ette nähtud ohutuse säilitamiseks suruhapnikuga töötamisel.
NAUI väidab, et kõik seadmed, mis on ette nähtud kasutamiseks puhta hapnikuga või segudega, mis sisaldavad rohkem kui 40% hapnikku rõhul üle 200 psi (ligikaudu 13 atm), peavad olema hapnikuga ühilduvad ja hapnikuga kasutamiseks puhastatud. Silinder, regulaatori esimene aste ja kõik voolikud tuleb puhastada. Mõningaid seadmeid saab muuta selliste segude käitlemiseks spetsiaalsete komplektide komponentide abil.
8. Mitteametlik lähenemine hapniku puhastamisele: "40% reegel"
Vaatamata formaalse testimise puudumisele on nn “40% reeglit” sukeldumistööstuses üsna edukalt kasutatud ja selle rakendamisel pole probleeme ilmnenud. Sukeldumisgaasi segamissüsteemides on toimunud arvukalt tulekahjusid, kuid need on põhjustatud kõrgemast hapnikukontsentratsioonist.
NAUI aktsepteerib seda reeglit, kuid nõuab, et seadmed oleksid hapnikuga puhastatud ja hapnikuga ühilduvate määrdeainete kasutamine. See lähenemine on vähem range kui ametlik, kuid õigesti tehes on see väga tõhus. Puhastamist peavad läbi viima kvalifitseeritud tehnikud.
Seadmed tuleb puhastada kogu nähtavast mustusest ja rasvast, seejärel harjata või ultraheliga puhastada tugeva pesuainega kuumas vees. Vedelad puhastusvahendid nagu Joy sobivad hästi koduseks kasutamiseks. Puhtus ei tohiks olla väiksem kui taldrikute ja lauahõbeda puhtus. Pärast kuivamist tuleb pehmed komponendid asendada hapnikuga ühilduvatega, misjärel määritakse seadmed hapnikuga ühilduva määrdeainega.
Pärast puhastamist tohib seadet kasutada ainult rikastatud segude jaoks ja seda ei tohi kasutada suruõhuga, vastasel juhul tuleb see uuesti puhastada.
9. Rikastatud segude valmistamine.
Traditsiooniline gaasisegamissüsteemi ehitamise skeem põhineb ühel või teisel viisil hapniku lisamisel õhku. Hiljuti on välja töötatud ja kättesaadavaks tehtud kaks uut meetodit, mis rikastavad õhku teistmoodi – eemaldades lämmastiku. See jaotis hõlmab kolme hapniku lisamise meetodit: massi segamine, osalise rõhu segamine, pideva vooluga segamine; ja 2 meetodit lämmastiku eemaldamisega: absorptsioon koos absorbendi perioodilise puhastamisega, membraanide eraldamine (Ballantyne ja Delp, 1996).
Kasutatava gaasisegamissüsteemi tüüp on lõppkasutajale oluline selle poolest, et see määrab ära balloonide täitmise protseduurid ja võimaliku hapnikukontsentratsiooni vahemiku tekkivas segus.
Gaaside segamine massi järgi.
Lihtsaim ja usaldusväärseim meetod koostiselt täpsete segude saamiseks on valmissegude ostmine. Tööstuslikud gaasitootjad segavad tavaliselt puhast hapnikku ja lämmastikku, mitte puhast hapnikku ja õhku.
Gaasid segunevad massi järgi. See võimaldab ignoreerida paljusid gaaside käitumise kõrvalekaldeid, mis on põhjustatud nende erinevusest ideaalsetest ja annab väga täpse segude gaasikoostise. Segamine võib toimuda silindrites, silindripankades või mahutites. Vaja on täpseid kaalusid, mis on üsna kallid, kuna need peavad suutma mõõta väikeseid muutusi suurte raskustega. See gaaside segamise meetod on kõige täpsem ja saadud segusid analüüsitakse hoolikalt, et veenduda, et tegelik koostis vastab deklareeritud koostisele. Selliste segude valmistamisel on tööstusettevõte sunnitud kasutama puhast hapnikku, kuid segude jaemüüja saab seda vältida. See meetod on üsna kallis ja selle maksumust suurendab asjaolu, et segude hoidmiseks mõeldud mahutid kuuluvad segude tarnijale ja seetõttu rendib neid segude müüja.
Osarõhkude segamine.
Nagu meetodi nimi ise ütleb, põhineb see osarõhkude suhtel. Tehnik täidab paagi kindlaksmääratud koguse hapnikuga (mõõdetuna rõhu väärtusega), seejärel lisab selle ülipuhta õhuga soovitud lõpprõhuni. Esiteks pumbatakse hapnik sisse siis, kui balloon on veel tühi, mis vähendab protseduuri tuleohtu, kuna täidetud ballooni täisrõhul pole vaja hapnikku manipuleerida. Kuna kasutatakse puhast hapnikku, peab kogu süsteem, sealhulgas täidetav balloon, olema hapnikuga ühilduv ja puhastatud. Kuna rõhk sõltub temperatuurist ja täitmisel balloon kuumeneb, siis tuleb lasta balloonil jahtuda või rõhu mõõtmisel arvestada temperatuuri mõjuga. Kuna koostise lõplik reguleerimine toimub sageli pärast silindri täielikku jahtumist, võtab kogu segu valmistamise protsess üsna palju aega. Seda protsessi saab kasutada ka teadaoleva koostisega segu mahuti uuesti täitmiseks, et saada sama või erineva spetsiifilise koostisega segu.
Selle meetodi abil segamiseks pole kompressorit vaja, kui õhku tarnitakse rõhuga, mis on piisav akvalangipaakide täitmiseks ilma täiendava kokkusurumiseta. Täiteballoonide panga maksimaalse ärakasutamise saavutamiseks kasutavad nad nn kaskaadtehnoloogiat, mis seisneb selles, et kõigepealt kasutatakse madalaima rõhuga täiteballooni, seejärel kõrgeima rõhuga silindrit jne. Mõnikord nimetatakse meetodit ennast "kaskaadsegamismeetodiks".
Selle meetodiga kasutatakse sageli ka kompressoreid. Nad ei tohi kasutada õlimäärdeaineid või peavad tagama ülikõrge puhtusastmega õhu, mis sobib hapnikuga segamiseks. Teine võimalus silindrisse õhku pumbata on kasutada pneumaatilist pumpa, mis surub õhku kokku erineva läbimõõduga silindrite komplektis, mille kolvid on ühendatud sama nukkvõlliga. Populaarsematest mudelitest on Ogna Haskel.
Osalise survega segamine on väga populaarne sukeldumiskeskuste seas, kus valmistatakse väikeses mahus palju erinevaid segusid harrastus- ja tehnikasukeldumise erinevatel eesmärkidel, sealhulgas segusid hapnikusisaldusega üle 40%. Sel juhul moodustab olulise osa süsteemi maksumusest ülitäpne manomeeter. Sellisel juhul on pneumaatilise pumba kasutamine väga tõhus. Seda meetodit kasutatakse kaugemates sukeldumiskohtades. Kuna hapnikku lisatakse madalal rõhul, ei puhasta mõned tehnikud hapnikuballoone. Seda tava tuleks vältida: silindrit tuleb alati hapnikuga kasutamiseks puhastada.
10.Pideva vooluga segamine.
Selle meetodi (nimetatakse ka atmosfääri laadimismeetodiks) töötas esmakordselt välja NOAA (1979, 1991) ja see on kõige kasutajasõbralikum meetod (joonis 9-7). Selle meetodi puhul lisatakse kompressorisse sisenevale õhuvoolule madala rõhuga hapnikku õliauru suure eemaldamisega. Heitvee voolu koostist analüüsitakse pidevalt ja selle analüüsi tulemust kasutatakse hapniku segu sisselaskevoolu reguleerimiseks. Väljundvool võib segu koostise reguleerimise ajal täiteballoonide pangast mööda minna. Kui segu on täiteballoonidesse pumbatud, saab selle möödavoolu või õhupumba abil sukeldumissilindritesse üle kanda. Pideva vooluga tehas võib hapnikuallikana kasutada ka absorptsiooni alamsüsteemi koos PSA absorbendi perioodilise puhastamisega.
On veel üks püsiva vooluhulga seadmete klass, mis varustavad kommertssukeldujaga õhuvarustusvooliku kaudu õhku. Sellistel paigaldistel on vahendid segu koostise püsivuse jälgimiseks - erinevad voolumõõturid ja regulaatorid. Nende väljundrõhk on tavaliselt alla 200 psi (13 atm).
11. Imendumine koos absorbendi (PSA) perioodilise puhastamisega.
See meetod põhineb materjali, mida nimetatakse "molekulaarsõelaks" - sünteetilise poorse savitaolise materjali kasutamisel, mille poorid annavad väga suure pindala. See pind adsorbeerib gaase ("adsorb" tähendab "absorbeerida pinnale"). Lämmastik adsorbeerub kiiremini kui hapnik, mistõttu adsorbenti läbiv õhk muutub hapnikurikkamaks (täpsemalt lämmastikuvaesemaks). Kasutatakse kahte imavat plaati, mille vahel vahetatakse õhuvoolu. Kui vool on suunatud ühele plaadile, adsorbeerib see lämmastikku, samal ajal kui teine plaat puhastatakse eelnevalt adsorbeeritud lämmastikust. Seejärel vahetavad taldrikud rollid.
Muutes plaatide puhastamise rõhku ja sagedust, on võimalik saada erinevaid hapnikusisalduse väärtusi väljundsegus. Maksimaalne saavutatav hapnikusisaldus on 95%, ülejäänu on argoon. Argoon käitub seda tüüpi adsorbendi suhtes peaaegu nagu hapnik (st ei adsorbeerita), seetõttu sisaldub see väljuvas segus peaaegu samas proportsioonis hapnikuga kui sisendõhus. See argoon ei mõjuta sukeldujat.
Seda tüüpi paigaldised ei vaja hapnikku kõrge rõhu all, kuid need on keerukad ja üsna kallid omandamise ja hooldamise osas; väljundvool tuleb pumbata balloonidesse, kasutades hapnikuga ühilduvat puhastatud kompressorit või õhupumpa (pildil).
12. Membraani eraldamine.
See meetod põhineb membraani kasutamisel, mis puhta õhu läbimisel laseb hapniku molekulidel paremini läbi kui lämmastiku molekulidel. Väljundsegu rikastatakse seega hapnikuga ja hapniku kontsentratsiooni määrab sisendvool. Kaubanduslikult saadaolevates süsteemides on maksimaalne saavutatav hapnikusisaldus umbes 40%. Sama tehnoloogiat, muide, kasutatakse heeliumi eraldamiseks ka mõnes teises protsessis.
Sarnaselt PSA-seadmetega ei ole vaja kasutada kõrgsurvehapnikku. Heitvesi tuleb pumbata balloonidesse hapnikuga ühilduva puhastatud kompressori või õhupumba abil. Membraansüsteemid on üsna töökindlad ega vaja erilist hooldust eeldusel, et sisselaskevoolu puhtus on piisav.
gaasid arhiiv
Vesiniku ja hapniku gaasisegu, kui nende massifraktsioonid 1 ja 2 on vastavalt võrdsed... indiviidi iseloomustavad parameetrid omadusedgaas ja seega on... T=400 K. 8 PEATÜKK 1 MEHAANIKA FÜÜSIKALISED ALUSED PEATÜKK 1 MEHAANIKA FÜÜSIKALISED ALUSED...
Sissejuhatus 3 1. peatükk Teadlased ja nende avastused
Lõputöö kokkuvõte... peatükid. Sissejuhatus Peatükk 1: Teadlased ja nende avastused. - Priestley kogemus Peatükk 2. Fotosünteesi ajalugu. Peatükk 3: Fotosünteesi tähtsus looduses. Peatükk... süsinikdioksiid gaas hapnikuks. Süsinik gaas vajalik...elektrokeemiline potentsiaal. Omadused tülakoidmembraan...
Lase neil seguneda n keemiliselt mittereageerivad omavahel ideaalne gaasid. Eeldatakse, et kõigi komponentide segamiseelse oleku esialgsed termodünaamilised parameetrid ja segamistingimused (keskkonnaga koostoime tingimused) on teada. Vaja leida tasakaal gaaside oleku parameetrid pärast segamist.
Vaatleme lihtsuse huvides kahte segamise juhtumit, eeldades, et see protsess toimub ilma soojusvahetuseta keskkonnaga .
2.1. Segamine kl W=Konst
Sel juhul on segamistingimused sellised, et saadud segu maht W cm on võrdne segu komponentide algmahtude summaga W H i:
(Mitte segi ajada W H i osaliste mahtudega W i, mida arutatakse punktis 1.4.3.)
Tähistame:
P H i- esialgne rõhk i th gaas;
T H i,t H i- algtemperatuur i-th gaas vastavalt 0 juures TO või 0 KOOS.
Sest alates kogu süsteem n tingimustes segamisel gaasid W=Konst ei tee välist tööd, siis vastavalt termodünaamika esimesele seadusele võime selle juhtumi jaoks () kirjutada:
Siin: U cm – gaasisegu kaalu siseenergia m cm kilogrammi
temperatuuriga T 0 K;
U H i- sisemine energia i th gaasi mass m i kilogrammi
algtemperatuuriga T H i .
Tutvustame järgmist tähistust:
u cm – gaasisegu erisiseenergia temperatuuril T 0 K;
u tere - spetsiifiline siseenergia i-th gaas algtemperatuuriga T H i .
Seejärel saab võrrand (2.1.1) järgmise kuju:
(2.1.2)
Nagu teada, ideaalse gaasi jaoks du=C v dT, kust, siseenergia lugemisel 0 0 K võib kirjutada:
Siin: - vahemikus keskmine 0 T 0 K gaasisegu massi isohooriline soojusmahtuvus;
Vahemikus keskmine 0 T H i 0 K massi isohooriline soojusmahtuvus i th gaas.
Pärast (2.1.3) asendamist (2.1.2) saame:
Kuid vastavalt punktile 1.4.10 väljendatakse gaasisegu tegelikku soojusmahtuvust komponentide massiosades g i ja nende tegelikud soojusvõimsused on järgmised:
Samamoodi vahemiku keskmine 0 T 0 K Gaasisegu massi isohooriline soojusmahtuvus määratakse järgmiselt:
Asendades selle avaldise võrrandi (2.1.4) vasakpoolsesse serva, saame:
kust (2.1.5)
Sest olekuvõrrandist, siis pärast asendust m i võrrandisse (2.1.5) saame lõpuks segu temperatuuri valemi n gaasid:
Nagu teada, võib valemi (2.1.6) kirjutada järgmisel kujul:
(Tuleb meeles pidada, et toode on keskmine vahemikus 0- T H i 0 Kmolaarne isohooriline soojusmahtuvus i gaas.)
Teatmekirjanduses on vahemiku jaoks sageli antud soojusmahtuvuse empiirilised sõltuvused temperatuurist 0 t 0 C .
Pärast (2.1.8) ja (2.1.9) asendamist võrrandiga (2.1.2) saame:
Asendamine m i selle väärtuse, saame lõpuks gaasisegu temperatuuri valemi kraadides Celsiuse järgi :
Väljendades R i molekulmassi kaudu saame teise valemi:
Valemite (2.1.6), (2.1.7), (2.1.10) ja (2.1.11) nimetajad sisaldavad keskmisi soojusmahtuvusi, mille puhul kasutatakse keskmise arvutamise ülemise piirina segu temperatuuri ( t või T), määratakse kindlaks. Seetõttu määratakse segu temperatuur nende valemitega järjestikuste lähenduste meetod .
2.1.1. Gaasi segamise erijuhud ajal W=Konst
Vaatleme mitut valemite (2.1.6), (2.1.7), (2.1.10) ja (2.1.11) erijuhtumeid.
1. Segatakse gaasid, mille puhul adiabaatilise eksponendi sõltuvus K i temperatuuri võib tähelepanuta jätta.
(Tegelikult TO väheneb temperatuuri tõustes, sest
Kus s o r , A on empiirilised positiivsed koefitsiendid.
Tehniliste arvutuste tegemiseks vahemikus 0 kuni 2000 0 C saate kasutada järgmisi valemeid:
a) kaheaatomiliste gaaside puhul TO 1,40 - 0,50 10 -4 t;
b) põlemisproduktide puhul TO 1,35 - 0,55 10 -4 t.
Nendest valemitest on selge, et temperatuuri mõju adiabaatilisele indeksile TO muutub märgatavaks ainult sadade Celsiuse kraadide suurusjärgus temperatuuridel.)
Seega, kui eeldame, et
siis on valem (2.1.6) järgmine:
Valemit (2.1.12) saab kasutada valemite (2.1.6), (2.1.7), (2.1.10) ja (2.1.11) esimese lähendusena.
2. Segage gaase, mille molaarsed isohoorilised soojusmahud on võrdsed ja nende soojusmahtude sõltuvust temperatuurist võib jätta arvestamata, st:
Siis saab võrrand (2.1.7) väga lihtsa kuju:
Kui gaasidel on võrdne molaarne isohooriline soojusmahtuvus, siis vastavalt Mayeri võrrandile
Molaarsed isobaarsed soojusmahtuvused peavad olema üksteisega võrdsed ja seetõttu peavad adiabaatilised eksponendid olema võrdsed, s.o.
Selle tingimuse korral muutub võrrand (2.1.12) väärtuseks (2.1.13).
2.1.2. Rõhk pärast gaaside segamist kl W=Konst
Pärast gaaside segamist kehtestatud rõhku saab määrata kas punktis 1.4.2 esitatud valemite või tingimuse järgi:
R cm W cm = m cm R cm T= m cm T.
Suure hulga tehniliste probleemide lahendamine hõlmab sageli erinevate gaaside (vedelike) või sama gaasi (vedeliku) erineva koguse segamist erinevates termodünaamilistes olekutes. Nihutamisprotsesside korraldamiseks on välja töötatud üsna suur valik mitmesuguseid segamisseadmeid ja -seadmeid.
Segamisprotsesside termodünaamilises analüüsis taandub ülesanne tavaliselt segu oleku parameetrite määramisele algsete segamiskomponentide oleku teadaolevatest parameetritest.
Selle probleemi lahendus on erinev, olenevalt tingimustest, milles see protsess läbi viiakse. Kõik reaalsetes tingimustes esinevad gaaside või vedelike segude moodustamise meetodid võib jagada kolme rühma: 1) segamisprotsess konstantses mahus; 2) voolus segamise protsess; 3) segamine mahu täitmisel.
Segamisprotsesse peetakse tavaliselt toimuvaks ilma segamissüsteemi ja keskkonna vahelise soojusvahetuseta, st toimuvaks adiabaatiliselt. Soojusvahetuse juuresolekul segamise võib jagada kahte etappi: adiabaatiline segamine ilma soojusvahetuseta ja soojusvahetus tekkivas segus keskkonnaga.
Järelduste lihtsustamiseks vaatleme kahe reaalse gaasi segunemist. Kolme või enama gaasi samaaegse segunemise saab leida kahe gaasi arvutusvalemite abil, lisades järjestikku uue komponendi.
Kõik segamisjuhud on pöördumatud protsessid, kasvõi seetõttu, et segu komponentideks eraldamine nõuab tingimata töökulu. Nagu iga pöördumatu protsessi puhul, suureneb ka segamise ajal entroopia S c süsteemid ja vastav jõudluse kaotus (eksergia): De
= T o.s. 
S c, kus Tо.с – ümbritseva õhu temperatuur.
Erineva rõhu ja temperatuuriga gaaside segamisel tekivad täiendavad jõudluskadud segugaaside vahelisest pöördumatust soojusvahetusest ja nende rõhkude erinevuse kasutamata jätmisest. Seega toimub entroopia suurenemine segamisel nii oma olemuselt erinevate gaaside või vedelike tegeliku segunemise (difusiooni) tulemusena kui ka segunenud ainete temperatuuride ja rõhkude ühtlustumise tõttu.
Vaatame võimalikke segamisviise.
2.1. Pidevad mahu segamise protsessid
Laske mõni soojusisolatsiooniga anum mahuga V jagatud vaheseinaga kaheks kambriks, millest üks sisaldab parameetritega gaasi (vedelikku). lk 1, u 1, T 1 , U 1, teises – teine gaas (vedelik) parameetritega lk 2, u 2, T 2 , U 2, (joonis 2.1).
|
lk 1 , T 1, u 1, U 1 , m 1 |
lk 2 , T 2, u 2, U 2 , m 2 |
|
lk, T, sina, U, m |
Riis. 2.1. Segamisprotsessi diagramm
püsivas mahus
Tähistame vastavalt ühe kambri gaasi massi ja selle kambri mahtu m 1 ja V 1 ja teises sektsioonis - m 2 ja V 2. Jagava vahesein eemaldamisel levib iga gaas difusiooni kaudu kogu ruumalasse ja saadud segu maht on ilmselgelt võrdne summaga V = V 1 + V 2. Segamise tulemusena võrdsustub gaasi rõhk, temperatuur ja tihedus kogu anuma mahus. Tähistagem gaasi oleku parameetrite väärtused pärast segamist lk, sina, T, U.
Vastavalt energia jäävuse seadusele on saadud gaaside segu siseenergia võrdne iga gaasi siseenergia summaga:
U = U 1 + U 2
m 1 u 1 + m 2 u 2 = (m 1 + m 2) u = mu. (2.1)
Gaasi erisiseenergia pärast segamist määratakse järgmiselt:
.
(2.2)
Samamoodi on segu erimaht võrdne:
.
(2.3)
Mis puutub gaasi ülejäänud parameetritesse pärast segamist ( lk, T, S), siis gaaside ja vedelike puhul ei saa neid segu komponentide parameetrite väärtuste kaudu üldisel kujul analüütiliselt arvutada. Nende kindlaksmääramiseks peate kasutama U, u-diagramm, millele on kantud isobaarid ja isotermid või U, T- diagramm, millele on märgitud isohoorid ja isobaarid (sama gaasi segamiseks), või gaaside ja vedelike termodünaamiliste omaduste tabelid. Olles määranud seoste (2.2) ja (2.3) ja gaasi u pärast segamist, saab diagrammidelt või tabelitelt leida lk, T, S.
Väärtused lk,
T Ja S gaase pärast segamist saab segatud portsjonite olekuparameetrite teadaolevate väärtuste kaudu otse väljendada ainult ideaalsete gaaside puhul. Tähistame esimese gaasi soojusmahtuvuse keskmist väärtust temperatuurivahemikus alates T 1 kuni T läbi 
ja veel üks gaas temperatuurivahemikus alates T 2 kuni T läbi 
.
Võttes arvesse, et 
;
;
avaldisest (2.2) saame:
T
=
või T
=
,
(2.4)
Kus g 1 ja g 2 – segu moodustavad ideaalsete gaaside massifraktsioonid.
Ideaalsete gaaside olekuvõrrandist järeldub:
m 1
=
;m 2
=
.
Pärast massiväärtuste asendamist punktiga (2.4) saab avaldisest leida gaasisegu temperatuuri
T
=
.
(2.5)
Ideaalgaaside segu rõhu defineerime gaasisegu komponentide osarõhkude summana 
, kus osarõhud 
Ja 
määratakse Clapeyroni võrrandi abil.
Entroopia juurdekasv 
S c pöördumatu segunemise süsteemid leitakse segus sisalduvate gaaside entroopia summade erinevuse järgi pärast segamist ja algkomponentide summades enne segamist:
S
= S
– (m 1 S 1
+ m 2 S 2).
Ideaalsete gaaside segu jaoks, kui segatakse kaks gaasi.
S c
= m[(g 1 C lk 1
+ g 2 C lk 2) ln T
– (g 1 R 1
+ g 2 R 2) ln lk]–
– [m 1 (C lk 1 ln T 1 – R ln lk 1) + m 2 (C lk 2 ln T 2 – R ln lk 2)]–
–m(R 1 g 1 ln r 1 + R 2 g 2 ln r 2),
Kus r i– segu moodustavate ideaalsete gaaside mahuosa;
R– segu gaasikonstant, mis määratakse järgmise võrrandiga:
R = g 1 R 1 + g 2 R 2 .
Konstantses mahus segamise eksergia ja anergia diagramm on näidatud joonisel fig. 2.2.
Riis. 2.2. Eksergia ja anergia skeem kell
konstantses mahus segamine: 
– spetsiifilise eksergia kaotus segamise ajal
2. Erineva temperatuuriga gaaside ja aurude segamine.
Nii tekivad atmosfääriudud. Kõige sagedamini tekib udu selge ilmaga öösel, kui intensiivselt soojust eraldav Maa pind tugevalt jahtub. Soe niiske õhk puutub kokku jahtuva Maaga või selle pinna lähedal oleva külma õhuga ja selles tekivad vedelikupiisad. Sama juhtub sooja ja külma õhufrontide segunemisel.
3. Auru sisaldava gaasisegu jahutamine.
Seda juhtumit saab illustreerida veekeetja näitega, milles vesi on keema läinud. Tilast väljub veeaur, mis on nähtamatu, kuna ei hajuta valgust. Järgmisena jahtub veeaur kiiresti, selles olev vesi kondenseerub ja juba veidi eemal veekeetja tilast näeme piimjat pilve - udu, mis on muutunud nähtavaks tänu võimele valgust hajutada. Sarnast nähtust täheldatakse ka siis, kui avame akna pakaselisel päeval. Vastupidavam aerosool tekib siis, kui pannil keev õli tekitab ruumis gaasi (õliaerosool), mida saab eemaldada vaid ruumi hästi tuulutades.
Lisaks võib gaasireaktsioonide tulemusena tekkida kondensatsiooniaerosool, mis põhjustab mittelenduvate saaduste moodustumist:
· kütuse põlemisel tekivad suitsugaasid, mille kondenseerumine toob kaasa põlemissuitsu ilmnemise;
· fosfori põlemisel õhus tekib valge suits (P 2 O 5);
· gaasilise NH 3 ja HC1 koosmõjul tekib suits MH 4 C1 (sv);
· metallide oksüdeerumisega õhus, mis toimub erinevates metallurgilistes ja keemilistes protsessides, kaasneb metallioksiidide osakestest koosnevate aurude teke.
DISPERSIONE MEETODID
Dispergeerivad aerosoolid tekivad tahkete ja vedelate kehade jahvatamisel (pihustamisel) gaasilises keskkonnas ning pulbriliste ainete üleminekul õhuvoolude toimel hõljuvatesse olekutesse.
Tahkete ainete pihustamine toimub kahes etapis:
lihvimine ja seejärel pihustamine. Aine üleviimine aerosooli olekusse tuleb läbi viia aerosooli pealekandmise ajal, kuna erinevalt teistest hajutatud süsteemidest - emulsioonidest, suspensioonidest, aerosoolidest ei saa eelnevalt ette valmistada. Majapidamistingimustes on peaaegu ainus vahend vedelate ja pulbriliste aerosoolide saamiseks seade, mida nimetatakse "aerosoolpakendiks" või "aerosoolpurgiks". Selles sisalduv aine pakendatakse rõhu all ja pihustatakse veeldatud või surugaaside abil.
AEROSOOLIDE ÜLDISED OMADUSED
Aerosoolide omadused määratakse:
Dispergeeritud faasi ainete ja dispersioonikeskkonna olemus;
Aerosooli osaline ja massiline kontsentratsioon;
osakeste suurus ja osakeste suuruse jaotus;
Primaarsete (agregeerimata) osakeste kuju;
Aerosooli struktuur;
Osakeste laeng.
Aerosoolide kontsentratsiooni iseloomustamiseks kasutatakse sarnaselt teiste hajussüsteemidega massikontsentratsiooni ja arvulist (osalist) kontsentratsiooni.
Massikontsentratsioon on kõigi hõljuvate osakeste mass gaasi mahuühiku kohta.
Numbriline kontsentratsioon on osakeste arv aerosooli mahuühiku kohta. Ükskõik kui suur on arvuline kontsentratsioon aerosooli moodustumise hetkel, ei saa see mõne sekundi pärast ületada 10 3 osakest/cm 3 .
AEROSOOLIOSAKESTE SUURUSED
Osakeste minimaalne suurus on määratud aine olemasolu võimalusega agregatsiooni olekus. Seega ei saa üks veemolekul moodustada gaasi, vedelikku ega tahket ainet. Faasi moodustamiseks on vaja vähemalt 20-30 molekulist koosnevaid agregaate. Tahke või vedeliku väikseima osakese suurus ei tohi olla väiksem kui 110-3 mikronit. Gaasi käsitlemiseks pideva keskkonnana on vajalik, et osakeste suurus oleks palju suurem kui gaasimolekulide vaba tee. Osakeste suuruse ülempiir ei ole rangelt määratletud, kuid üle 100 mikroni suurused osakesed ei suuda pikka aega õhus hõljuda.
AEROSOOLIDE MOLEKULAAR-KINETILISED OMADUSED
Aerosoolide molekulaarkineetiliste omaduste omadused on tingitud:
Dispergeeritud faasiosakeste madal kontsentratsioon - seega, kui 1 cm 3 kulla hüdrosooli sisaldab 10 16 osakest, siis samas mahus kullaaerosool sisaldab vähem kui 10 7 osakest;
Dispersioonikeskkonna madal viskoossus - õhk, seega väike hõõrdetegur (B), mis tekib osakeste liikumisel;
Dispersioonikeskkonna madal tihedus, seega ρ osa » ρ gaas.
Kõik see toob kaasa asjaolu, et osakeste liikumine aerosoolides toimub palju intensiivsemalt kui lüosoolides.
Vaatleme lihtsaimat juhtumit, kui aerosool on suletud anumas (st välised õhuvoolud on välistatud) ja osakesed on sfäärilise kujuga raadiusega r ja tihedusega p. Sellisele osakesele mõjub samaaegselt vertikaalselt allapoole suunatud gravitatsioonijõud ja vastassuunaline hõõrdejõud. Lisaks on osake Browni liikumises, mille tagajärjeks on difusioon.
Aerosoolides esinevate difusiooni- ja settimisprotsesside kvantifitseerimiseks võite kasutada väärtusi
spetsiifiline difusioonivoog i diff ja
spetsiifiline settevoog i sed. .
Et teada saada, milline voog valitseb, kaaluge nende suhet:
Selles avaldises (p - p 0) » 0. Järelikult määrab fraktsiooni suuruse osakeste suurus.
Kui r > 1 μm, siis i sed » i diff, st difusiooni võib tähelepanuta jätta - toimub kiire settimine ja osakesed settivad anuma põhja.
Kui r< 0,01 мкм, то i сед « i диф. В этом случае можно пренебречь седиментацией - идет интенсивная диффузия, в результате которой частицы достигают стенок сосуда и прилипают к ним. Если же частицы сталкиваются между собой, то они слипаются, что приводит к их укрупнению и уменьшению концентрации.
Seega kaovad aerosoolist kiiresti nii väga väikesed kui ka väga suured osakesed: esimesed seintega nakkumise või nakkumise tõttu, teised põhja settimise tagajärjel. Keskmise suurusega osakesed on maksimaalse stabiilsusega. Seetõttu olenemata sellest, kui suur on osakeste arvuline kontsentratsioon aerosooli moodustumise hetkel, ei ületa see mõne sekundi pärast 10 3 osa/cm 3 .
AEROSOOLIDE ELEKTRILISED OMADUSED
Aerosooliosakeste elektrilised omadused erinevad oluliselt lüosoolis olevate osakeste elektrilistest omadustest.
1. Aerosooliosakestel EDL-i ei esine, kuna gaasilise keskkonna madala dielektrilise konstandi tõttu elektrolüütilist dissotsiatsiooni selles praktiliselt ei toimu.
2. Osakeste laeng tekib peamiselt ioonide valimatu adsorptsiooni tõttu, mis tekivad gaasifaasis kosmiliste, ultraviolett- või radioaktiivsete kiirte toimel gaasi ioniseerimise tulemusena.
3. Osakeste laeng on olemuselt juhuslik ning sama laadi ja ühesuuruste osakeste puhul võib see olla erinev nii suuruselt kui märgilt.
4. Osakese laeng muutub ajas nii suuruselt kui märgilt.
5. Spetsiifilise adsorptsiooni puudumisel on osakeste laengud väga väikesed ja ületavad tavaliselt elementaarset elektrilaengut mitte rohkem kui 10 korda.
6. Spetsiifiline adsorptsioon on iseloomulik aerosoolidele, mille osakesi moodustab ülipolaarne aine, kuna sel juhul toimub faasidevahelisel pinnal küllaltki suur potentsiaalne hüpe, mis on tingitud molekulide pinnaorientatsioonist. Näiteks vee- või lumeaerosoolide liidesepinnal on positiivne elektripotentsiaal suurusjärgus 250 mV.
Praktikast on teada, et metallide ja nende oksiidide aerosoolide osakesed kannavad tavaliselt negatiivset laengut (Zn, ZnO, MgO, Fe 2 0 3) ning mittemetallide ja nende oksiidide aerosoolide osakesed (SiO 2, P 2 O 5) on positiivselt laetud. NaCl ja tärkliseosakesed on positiivselt laetud, jahuosakesed aga negatiivse laenguga.
AGREGATIIVNE STABIILSUS. KOAGULATSIOON
Erinevalt teistest hajutatud süsteemidest ei toimu aerosoolides osakeste pinna ja gaasilise keskkonna vahelist vastasmõju, mis tähendab, et puuduvad jõud, mis takistaks osakeste nakkumist üksteise ja kokkupõrkel makroskoopiliste kehadega. Seega on aerosoolid agregatiivselt ebastabiilsed süsteemid. Koagulatsioon neis toimub vastavalt kiire koagulatsiooni tüübile, st iga osakeste kokkupõrge viib nende kokkukleepumiseni.
Hüübimiskiirus suureneb kiiresti aerosooli arvulise kontsentratsiooni suurenemisega.
Olenemata aerosooli algkontsentratsioonist on mõne minuti pärast 1 cm 3-s 10 8 -10 6 osakest (võrdluseks lüosoolides ~ 10 15 osakest). Seega on meil tegemist väga tugevalt lahjendatud süsteemidega.
| Hüübimiskiiruse sõltuvus aerosooli kontsentratsioonide arvu suurenemisest | |
| Esialgne arvkontsentratsioon 1 cm 3-s | Aeg, mis kulub aerosooli kontsentratsiooni vähendamiseks 2 korda |
| Sekundi murdosa | |
| 15-30 s | |
| 30 min | |
| Mitu päeva | |
AEROSOOLI HÄVSTAMISE MEETODID
Hoolimata asjaolust, et aerosoolid on agregatiivselt ebastabiilsed, on nende hävitamise probleem väga terav. Peamised probleemid, mille lahendamine nõuab aerosoolide hävitamist:
Atmosfääriõhu puhastamine tööstuslikest aerosoolidest;
Väärtuslike toodete püüdmine tööstuslikust suitsust;
Pilvede ja udu kunstlik puistamine või hajutamine.
Aerosoole hävitavad
· dispersioon õhuvoolude mõjul või samanimeliste osakeste laengute tõttu;
· settimine;
· difusioon veresoone seintele;
· koagulatsioon;
· dispergeeritud faasiosakeste aurustamine (lenduvate ainete aerosoolide puhul).
Puhastusseadmetest vanim on korsten. Nad püüavad eraldada atmosfääri kahjulikke aerosoole nii kõrgele kui võimalik, kuna mõned keemilised ühendid, mis päikesevalguse mõjul ja erinevate reaktsioonide tulemusena atmosfääri põhjakihti satuvad, muudetakse vähem ohtlikeks aineteks (Norilski kaevanduses). ja metallurgiakombinaat, näiteks kolme kanaliga toru kõrgus on 420 m).
Kaasaegne tööstusliku tootmise kontsentratsioon nõuab aga suitsuheitmete eeltöötlust. Aerosoolide hävitamiseks on välja töötatud palju meetodeid, kuid igaüks neist koosneb kahest etapist:
esimene on hajutatud osakeste püüdmine, nende eraldamine gaasist,
teine eesmärk on takistada osakeste uuesti sattumist gaasilisse keskkonda; see on tingitud kinnipüütud osakeste kleepumise ja nendest vastupidava sette moodustumise probleemist.
AEROSOOLSILINDERID
Aerosoolpurgi tööpõhimõte seisneb selles, et pakendisse pandud ravim segatakse välja evakueeriva vedelikuga, mille küllastunud auru rõhk pakendi töötamise temperatuurivahemikus on kõrgem kui atmosfäärirõhk.
Segu vabaneb silindrist vedeliku kohal oleva küllastunud aururõhu mõjul.
On teada, et iga stabiilse aine küllastunud auru rõhu määrab ainult temperatuur ja see ei sõltu mahust. Seetõttu jääb rõhk selles kogu silindri töötamise ajal konstantseks, seetõttu jääb osakeste lennuulatus ja pihustuskoonuse nurk peaaegu konstantseks.
Olenevalt pihustatud aine ja evakueerimisvedeliku vastasmõju olemusest ja selle agregatsiooniseisundist koosnevad aerosoolpakendites olevad süsteemid erinevast arvust faasidest. Komponentide vastastikuse lahustuvuse korral moodustub homogeenne vedel lahus, muudel juhtudel - emulsioon või suspensioon ja lõpuks heterogeenne süsteem, kui ravim ja evakueeriv vedelik moodustavad makroskoopiliselt heterogeense süsteemi. Ilmselgelt sisaldab aerosoolpakend esimesel juhul kahefaasilist süsteemi - vedelat ja küllastunud auru. Kui emulsioon või suspensioon atmosfääri paisatakse, purustatakse ainult dispersioonikeskkond – saadud osakestel on parimal juhul samad mõõtmed, mis neil olid vedelas faasis.
Kui ravim ja evakueerimisvedelik ei segune või segunevad omavahel piiratud ulatuses, kusjuures üks vedelik dispergeerub teises väikeste tilkade kujul, tekivad emulsioonid.
Toote pakendist atmosfääri väljumisel tekkiva süsteemi olemus sõltub sellest, milline vedelik on dispergeeritud faas. Kui dispergeeritud faas on ravim, moodustub aerosool. Kui dispergeeritud faas on evakueeriv vedelik, saadakse vaht. Aerosoolpurkide abil saadud osakeste suurus sõltub preparaadis sisalduvate ainete füüsikalis-keemilistest omadustest, komponentide vahekorrast, purgi konstruktsioonilistest iseärasustest ja selle töötemperatuuri tingimustest.
Dispersiooniastet saab reguleerida: „väljalaskeava suurust muutes;
Evakueeritava vedeliku küllastunud auru rõhu muutmisega;
Muutes ravimi ja evakuatsiooniaine kvantitatiivset suhet.
TURSUSTAVAD AINED
Kõige olulisem abikomponent on aine, mis tagab ravimi vabanemise atmosfääri ja selle edasise hajumise. Neid aineid nimetatakse propellentideks (ladina keeles "pro-peilere" - juhtima). Raketikütus peab täitma kahte funktsiooni:
Looge ravimi vabastamiseks vajalik rõhk;
Dispergeerida atmosfääri sattunud toode. Raketikütustena kasutatakse freoone ja surugaase. Freoonid on alifaatse seeria madala molekulmassiga fluororgaanilised ühendid.
Freoonide jaoks on kasutusele võetud järgmine tähistussüsteem: viimane number (ühikute arv) tähistab fluori aatomite arvu molekulis, eelmine number (kümnete arv) tähendab vesinikuaatomite arvu suurendatud ühe võrra ja kolmas (sadade arv) tähendab ühe võrra vähenenud süsinikuaatomite arvu. Näiteks: F-22 on CHC1F 2, F-114 on C 2 C1 2 F 4.
Tsüklilise struktuuriga molekulidest koosnevatel ainetel on ka numbriline tähistus, kuid täht “C” on paigutatud numbrite ette, näiteks: C318 - C 4 F 8 (oktafluorotsüklobutaan).
Surugaasidena kasutatakse N2, N2O, CO2 jne.
AEROSOOLPAKENDITE EELISED
1. Ravimi ülekandumine peeneks hajutatud olekusse toimub veeldatud raketikütuse potentsiaalse energia tõttu ja see ei nõua kõrvaliste seadmete kasutamist.
2. Aerosoolide loomiseks pole tarvis lisasid.
3. Ajaühikus võib väikeste osakeste saamiseks hajutada märkimisväärse koguse ainet – kui kasutataks muid meetodeid, kuluks palju rohkem energiat.
4. Udustamisrežiim on stabiilne: tekkivate osakeste suurus, nende lennuulatus ja nurk koonuse tipus muutuvad kogu tööperioodi jooksul vähe.
5. Saate eelnevalt fikseerida pihustatud aine annuse.
6. Saate määrata osakeste suuruse.
7. Aerosooli polüdisperssuse aste on madal.
8. Kõik osakesed on ühesuguse keemilise koostisega.
9. Tagatud on pihustatud ravimite steriilsus.
10. Pakendis olev ravim ei puutu kokku õhuhapnikuga, mis tagab selle stabiilsuse.
11. Automaatselt sulguv ventiil välistab toote kasutamata osa mahavalgumise või aurustumise tõttu kadumise.
12. Pakend on alati kasutusvalmis.
13. Pakend on kompaktne. Võimaldab individuaalset või kollektiivset kasutamist.
Esimesed aerosoolpakendid ilmusid 80ndatel. XX sajand Euroopas. Teise maailmasõja ajal võtsid Ameerika Ühendriigid nende arendamisel initsiatiivi. 1941. aastal loodi aerosoolpakend – klaasnõusse pakendatud putukatõrjevahend. Raketikütuseks oli Freon-12.
Tootmine tööstuslikus mastaabis algas pärast Teist maailmasõda USA-s ja seejärel ka teistes riikides üle maailma.
AEROSOOLIDE PRAKTILINE KASUTAMINE
Aerosoolide laialdane kasutamine on tingitud nende kõrgest efektiivsusest. On teada, et aine pinna suurenemisega kaasneb selle aktiivsuse suurenemine. Väike kogus aerosooli kujul pihustatud ainet hõivab suure mahu ja on kõrge reaktsioonivõimega. See on aerosoolide eelis teiste hajutatud süsteemide ees.
Aerosoole kasutatakse:
Erinevates tehnoloogiavaldkondades, sealhulgas sõjanduses ja kosmosevaldkonnas;
Põllumajanduses; "tervishoius;
Meteoroloogias; igapäevaelus jne.
Viimasel ajal on farmaatsiapraktikas laialdaselt kasutatud aerosoolide kujul olevate ravimvormide valmistamist. Raviainete kasutamine aerosoolidena on mugav juhtudel, kui ravimit on vaja kanda suurtele pindadele (ägedad hingamisteede haigused, põletused jne). Suurepärase toimega on ravimvormid, mis sisaldavad vedelaid kilet moodustavaid aineid. Kui seda ravimit pihustatakse kahjustatud piirkonda, kaetakse see õhukese läbipaistva kilega, mis asendab sideme.
Vaatleme üksikasjalikumalt aerosoolpakendite kasutamist.
Praegu on aerosoolpakendites üle 300 tooteliigi.
Esimene rühm: kodukeemia.
Insektitsiidid on preparaadid putukate hävitamiseks.
Koivastased tooted.
Insektitsiidid koduloomade raviks.
Vahendid toataimede ning puuvilja- ja marjakultuuride kaitsmiseks seenhaiguste ja kahjurite eest.
Lakid ja värvid.
Õhuvärskendajad.
c Poleerimis- ja puhastussegud.
Teine rühm:
Parfümeeria ja kosmeetika. “Juuksehooldustooted (spreid, šampoonid jne).
Raseerimisvahud ja -geelid.
Kreemid kätele ja jalgadele.
Õli päevitamise poolt ja vastu.
Deodorandid.
Parfüümid, odekolonnid, tualettvesi.
Kolmas rühm: meditsiinilised aerosoolid.
Neljas rühm: tehnilised aerosoolid.
Määrdeõlid.
Korrosioonivastased katted.
Kaitsekiled. "Kuivad määrdeained.
Emulsioonid puurmasinate lõikurite jahutamiseks.
Viies rühm: toiduaerosoolid.
TOIDUAEROSOOLID
Esimesed toidunõud ilmusid 1947. aastal USA-s. Need sisaldasid kookide ja küpsetiste viimistlemiseks mõeldud kreeme ning neid kasutasid ainult restoranid, kes tagastasid need uuesti täitmiseks. Seda tüüpi aerosoolpakendite masstootmine algas alles 1958. aastal.
Toidu aerosoolpakendid võib jagada kolme põhirühma:
madalal temperatuuril hoidmist vajavad pakendid;
pakendamine koos järgneva kuumtöötlusega;
pakendamine ilma järgneva kuumtöötluseta.
Aerosoolpakendis toodetakse kolme tüüpi toiduaineid: kreeme, vedelikke, pastasid. Aerosoolpakendites saab osta salatikastmeid, sulatatud juustu, mahlasid, kaneeli, majoneesi, tomatimahla, 30% vahukoort jne.
Toidu aerosooli tootmise kasv on tingitud järgmistest põhjustest:
eelised tavapäraste pakenditüüpide ees;
uute raketikütuste väljatöötamine;
täitmistehnoloogia täiustamine.
Toidu aerosoolpakendite eelised:
kasutusmugavus;
säästa aega;
toit on pakendatud söömisvalmis ja vabastatakse pakendist ühtsel kujul;
toode ei leki;
niiskus ei lähe kaotsi ega tungi pakendisse;
aroom ei kao;
toodet hoitakse steriilsena.
Toidu aerosoolpreparaatidele kehtivad järgmised nõuded:
1. Raketikütus peab olema kõrge puhtusastmega, mittetoksiline, maitsetu ja lõhnatu. Praegu kasutatakse süsinikdioksiidi, dilämmastikoksiidi, lämmastikku, argooni ja C318 freooni.
2. Surugaasid, mille lahustuvus vesilahustes on väga piiratud, ei saa vahu moodustumisel osaleda ja see on vajalik vahukoore, dekoratiivkreemide, vahtude jms puhul. Nende toodetega on eelistatav kasutada freooni C318, kuigi on palju kallim.
Tabel 18.4 Erinevate toiduaerosoolide koostiste näited
| Aerosoolides sisalduvad koostisosad | Kogus, massiprotsent | |
| 1. Kreem suupistevõileibadele | ||
| Kodujuust koorega | 50-60 | |
| 25-30 | ||
| Taimeõli ja aromaatsed lisandid | 6-10 | |
| Freoon S318 | 7 | |
| 2. Suhkruglasuur kondiitritoodete viimistlemiseks | ||
| Suhkur | 55-60 | |
| Vesi | 15-25 | |
| Taimeõli | ||
| raske | 9-14 | |
| vedel | 3-5 | |
| Lauasool | 0,1-0,3 | |
| Mikrokristalne tselluloos | 1,0 | |
| Lõhnaained | 1-4 | |
| Emulgaatorid | 0,5-1 | |
| Freoon S318 | 7 | |
| 3. Vaht | ||
| Mesi või puuviljasiirup | 78-83 | |
| Vesi | 7-9 | |
| Taimeõli (tahke) | 3-5 | |
| Mikrokristalne tselluloos | 1-2 | |
| Monoglütseriidid | 0,5-1 | |
| Sorbitoolpolüestrid | 0,05-1 | |
| Freoon SZ18 | 7 | |
| Jätkub tabelist 18.4 | ||
| Aerosoolides sisalduvad koostisosad | Kogus, massiprotsent | |
| 4. Dekoratiivne kaste vahu kujul | ||
| Sinep (peeneks jahvatatud pulber) | 0,94 | |
| Sidrunimahl | 4,72 | |
| Äädikas | 9,44 | |
| Vesi | 34 | |
| Polüsorbaat 80 | 0,5 | |
| Emulgeeriv segu | 2,25 | |
| Mikrokristalne tselluloos | 2,5 | |
| Lisandid - vahu stabilisaatorid | 4,59 | |
| Freoon C318 + dilämmastikoksiid (P = 8 atm) | 7 | |
| 5. Õli-äädikas kaste vahu kujul | ||
| Vesi | 11,80 | |
| soola | 1,96 | |
| Suhkur | 1,47 | |
| Äädikas | 22,81 | |
| Oliiviõli | 61,75 | |
| Polüsorbaat 80 | 0,10 | |
| Küüslauguõli | 0,12 | |
| Musta pipra õli | 0,10 | |
| Freoon S318 | 10,0 | |
| 6. Kaste röstitud maisiteradele | ||
| Sool (lisa) | 10,00 | |
| Taimeõli | 58,97 | |
| Muud õlilisandid | 0,03 | |
| Värvaine | 1,00 | |
| Freoon-S318 | 10,00 | |
3. Freoonide kasutamine annab veel ühe eelise: veeldatud gaase lisatakse toote koostistesse, mis eralduvad vahu kujul, koguses kuni 10 massiprotsenti, samas kui neil on suhteliselt väike maht. See võimaldab laadida silindrisse oluliselt rohkem tooteid - 90% ballooni mahust (surugaasiga pakendites vaid 50%) ja garanteerib toote täieliku pakendist vabanemise.
4. Raketikütuse valiku määrab toiduaine liik ja kavandatav tarnevorm (kreem, vedelik, pasta). CO2 ja kõrge puhtusastmega dilämmastikoksiidi segud on end hästi tõestanud. Vahu saamiseks kasutatakse freooni C318 ja dilämmastikoksiidi segusid. Selle seguga pakendatud tordiviimistluskreem annab stabiilse vahu, mis hoiab hästi värvi. Siirupite puhul peetakse kõige sobivamaks raketikütuseks CO2.
Sisu silindrist väljastamise kvaliteet sõltub järgmistest teguritest:
Toote valmistamise tehnoloogiad;
Stabilisaator (mikrokristalset tselluloosi kasutatakse laialdaselt);
Õige silindri ja klapi valik.
Kaneeli ja sidrunimahla jaoks on välja töötatud juhitav pihustuspea, mis suudab tooteid vastavalt soovile kas tilkade või joana väljastada. Kunstlike magusainete puhul kasutatakse doseerimisklappe, üks nende väljastatav annus vastab ühele saetud suhkrutükile jne.
AEROSOOLI TRANSPORT
Pneumaatilist transporti kasutatakse laialdaselt jahu-, teravilja- ja söödajahvatustööstuses, mis loob tingimused automatiseerimise juurutamiseks, tööviljakuse suurendamiseks ja kulude vähendamiseks. Pneumaatilise transpordi kasutamine on aga seotud suure elektrikuluga suure õhuhulga liigutamiseks (1 kg õhku liigutab 5-6 kg puistematerjali).
Progressiivsem on aerosoolitransport, mille puhul saavutatakse materjali suur kontsentratsioon õhuvoolus tänu jahu aeratsioonile transpordi alguses ja kõrgele õhurõhule. Aeratsioon katkestab jahuosakeste vahelise haardumise ja see omandab vedeliku sarnaselt voolavuse omaduse, mille tulemusena liigub 1 kg õhku kuni 200 kg jahu.
Aerosooli transpordipaigaldis koosneb sööturist, ülelaadurist, materjalitorustikust ja mahalaadijast. Peamiseks elemendiks on söötur, milles segatakse õhku materjaliga ja antakse segule algkiirus, mis tagab selle varustamise materjalitorustikuga.
Aerosoolitranspordi kasutuselevõtt võimaldab tõsta veskite tootlikkust ja vähendada energia erikulu.
Aerosooltransport ei hoia tulevikku mitte ainult jahu jahvatamises, vaid ka teistes puistematerjalide ja pulbrite kasutamisega seotud tööstusharudes.
Aerosoolid on mikroheterogeensed süsteemid, milles tahked osakesed või vedelikupiisad on suspendeeritud gaasis (S/G või L/G),
Dispergeeritud faasi koondseisundi järgi jaotatakse aerosoolid: udu (L/G); suits, tolm (T/G); sudu [(F+T)/G)].
Dispersiooni järgi jagunevad aerosoolid: udu, suits, tolm.
Sarnaselt teistele mikroheterogeensetele süsteemidele saab aerosoole saada tõelistest lahustest (kondensatsioonimeetodid) või jämedalt hajutatud süsteemidest (dispersioonimeetodid).
Ududes olevad veepiisad on alati sfäärilised, samas kui tahked suitsuosakesed võivad oma päritolust olenevalt olla erineva kujuga.
Dispergeeritud faasi osakeste väga väikeste suuruste tõttu on neil arenenud pind, millel võivad aktiivselt toimuda adsorptsioon, põlemine ja muud keemilised reaktsioonid.
Aerosoolide molekulaarkineetilised omadused määratakse:
dispergeeritud faasiosakeste madal kontsentratsioon; dispersioonikeskkonna madal viskoossus; dispersioonikeskkonna madal tihedus.
Olenevalt hajutatud faasi osakeste suurusest võivad need kas kiiresti settida (r < 1 μm) või kleepuda anuma seinte külge või kleepuda kokku (r < 0,01 μm). Suurima stabiilsusega on keskmise suurusega osakesed.
Aerosoole iseloomustavad termoforeesi, termosadestamise ja fotoforeesi nähtused.
Aerosoolide optilised omadused on sarnased lüosoolide omadustega, kuid valguse hajumine nende poolt on dispergeeritud faasi ja dispersioonikeskkonna murdumisnäitajate suurte erinevuste tõttu palju tugevam.
Aerosoolide elektriliste omaduste eripära seisneb selles, et osakestel ei teki EDL-i, osakeste laeng on juhuslik ja väikese suurusega. Kui osakesed lähenevad üksteisele, siis elektrostaatilist tõrjumist ei toimu ja toimub kiire koagulatsioon.
Aerosoolide hävitamine on oluline probleem ja seda tehakse settimise, koagulatsiooni, tolmu kogumise ja muude meetoditega.
Pulbrid on väga kontsentreeritud dispergeeritud süsteemid, milles hajutatud faasiks on tahked osakesed ja dispersioonikeskkonnaks õhk või muu gaas. Sümbol: T/G.
Pulbrites on dispergeeritud faasi osakesed üksteisega kontaktis. Traditsiooniliselt klassifitseeritakse enamik puistematerjale pulbriteks, kuid kitsamas tähenduses kasutatakse terminit "pulbrid" väga hajutatud süsteemide kohta, mille osakeste suurus on väiksem kui teatud kriitiline väärtus, mille juures osakestevahelise vastasmõju jõud on proportsionaalne pulbri massiga. osakesed. Kõige tavalisemad on pulbrid osakeste suurusega 1 kuni 100 mikronit. Selliste pulbrite liidese eripind varieerub mitmest m11.09.2011 (tahm) kuni fraktsioonideni m2/g (peenliiv).
Pulbrid erinevad tahke dispergeeritud faasiga (ka T/G) aerosoolidest palju suurema tahkete osakeste kontsentratsiooni poolest. Pulber saadakse aerosoolist, mille settimise ajal on tahke dispergeeritud faas. Suspensioon (S/L) muutub ka kuivatamisel pulbriks. Seevastu pulbrist saab nii aerosooli kui ka suspensiooni.
PULBRITE KLASSIFIKATSIOON
1. Vastavalt osakeste kujule:
Ekviaksiaalne (umbes samad mõõtmed piki kolme telge);
kiuline (osakeste pikkus on palju suurem kui laius ja paksus);
Lame (pikkus ja laius on palju suuremad kui paksus).
2. Vastavalt osakestevahelisele interaktsioonile:
Ühenduvalt hajutatud (osakesed on omavahel seotud, st süsteemil on mingi struktuur);
Vabalt hajutatud (nihkekindlus tuleneb ainult osakestevahelisest hõõrdumisest).
3. Klassifikatsioon hajutatud faasi osakeste suuruse järgi:
Liiv (2≤10 -5 ≤ d ≤ 2∙10 -3) m;
Tolm (2∙10 -6 ≤ d ≤ 2∙10 -5) m;
pulber (d< 2∙10 -6) м.
PULBRITE SAAMISE MEETODID
Pulbreid, nagu kõiki teisi hajutatud süsteeme, saab saada kahe meetodite rühma abil:
Jämedate süsteemide poolt - dispersioonimeetoditega;
Tõeliste lahenduste poolelt - kondensatsioonimeetoditega.
Meetodi valik sõltub materjali iseloomust, pulbri otstarbest ja majanduslikest teguritest.
DISPERSIONE MEETODID
Toorained purustatakse rull-, kuul-, vibratsiooni- või kolloidveskites, millele järgneb eraldamine fraktsioonideks, kuna jahvatamise tulemusena saadakse polüdisperssed pulbrid (näiteks sama tüüpi jahu võib sisaldada osakesi vahemikus 5 kuni 60 mikronit) .
Tõhusa dispersiooni saab saavutada väga kontsentreeritud suspensioonide jahvatamisel.
Dispersiooni hõlbustamiseks kasutatakse kõvaduse vähendajaid, mis on pindaktiivsed ained. Vastavalt polaarsuse võrdsustamise reeglile vähendavad need maapinnale adsorbeerituna pindpinevust, vähendades hajutamise ajal energiatarbimist ja suurendades maafaasi hajumist.
Mõnel juhul töödeldakse materjali enne dispergeerimist. Nii kuumutatakse titaani või tantaali vesiniku atmosfääris, muudetakse hüdriidideks, mis purustatakse ja kuumutatakse vaakumis – saadakse puhtad metallipulbrid.
Värvides ja pürotehnilistes kompositsioonides sisalduvate helbepulbrite valmistamisel kasutatakse jahvatamiseks kuulveskeid. Pallid tasandavad ja rullivad purustatud materjali osakesed.
Tulekindlatest metallidest (volfram, molübdeen, nioobium) valmistatud sfääriliste osakestega pulbrid saadakse madala temperatuuriga kaare- ja kõrgsageduslahendusega plasmas. Plasmatsooni läbides osakesed sulavad ja omandavad sfäärilise kuju, seejärel jahtuvad ja tahkuvad.
Dispersiooni käigus materjali keemiline koostis ei muutu.
KONDENSATSIOONI MEETODID
Need meetodid võib jagada kahte rühma.
Esimene meetodite rühm on seotud lüofoobsete soolide koagulatsioonist tingitud osakeste sadestumisega. Lahuse aurustamise või lahusti osalise asendamise (lahustuvuse vähenemise) tulemusena moodustub suspensioon, mille filtreerimise ja kuivatamise järel saadakse pulbrid.
Teine meetodite rühm on seotud keemiliste reaktsioonidega (keemiline kondensatsioon). Keemilisi kondensatsioonimeetodeid saab klassifitseerida vastavalt kasutatud reaktsiooni tüübile:
1. Vahetusreaktsioonid elektrolüütide vahel. Näiteks saadakse reaktsiooni tulemusena sadestunud kriit (hambapulber):
Na 2 CO 3 + CaC1 2 = CaCO 3 + 2 NaCl.
2. Metallide oksüdeerimine.
Näiteks kõrgdispersne tsinkoksiid, mis on tsinkvalge põhikomponent, saadakse tsingiauru oksüdeerimisel õhuga 300°C juures.
3. Süsivesinike oksüdeerimine.
Erinevat tüüpi tahma, mida kasutatakse kummi, plasti ja trükivärvi tootmisel, tekib gaasiliste või vedelate süsivesinike põletamisel hapniku puudumisel.
4. Metalloksiidide redutseerimine.
Väga dispergeeritud metallipulbrite tootmiseks kasutatakse redutseerimist maagaasi, vesiniku või tahkete redutseerivate ainetega.
Ja palju muud, ilma milleta pole elu ise mõeldav. Kogu inimkeha on osakeste maailm, mis on pidevas liikumises rangelt teatud reeglite järgi, mis järgivad inimese füsioloogiat. Organismide kolloidsüsteemidel on mitmeid bioloogilisi omadusi, mis iseloomustavad konkreetset kolloidset olekut: 2.2 Rakkude kolloidsüsteem. Kolloid-keemilise füsioloogia seisukohalt...
Kujutagem ette meie gaasikolonni kolme horisontaalset kihti A, B ja C, kus kiht B asub A kohal ja A C kohal. Alati on võimalik saada mis tahes kogus kompositsiooni A segu, segades kihist C teatud mahu. kihi B mahuga. Vastupidiselt võib igasuguse koostise A segu koguse jagada kaheks kompositsiooni B ja C seguks.
Seda kahe gaasi segamist ja eraldamist saab saavutada ka pöörataval viisil, tugevdades horisontaalseid torusid punktides A, B ja C. Iga sellise toru ots, mis väljub gaasikolonnist, on suletud kolviga. Nüüd surume kolvid kihtides B ja C sissepoole, liigutades neid näiteks vasakult paremale, ja punktis A, vastupidi, lükkame kolvi väljapoole, st paremalt vasakule. Siis väljub kolonnist B ja C teatud massid gaasi ja vastupidi A-sse siseneb teatud kogus segu. Eeldame, et iga selline toru sisaldab teatud massi segu, mis on sama koostisega kui gaasikolonni horisontaalkiht, millega see toru suhtleb.
Seejärel määratakse väärtused võrranditest
Sellest järeldub
Jagame nüüd segu ümberpööratavalt ja arvutame kulutatud töö.
Sisestame A-sse segu ruumalaühikud ja B-st tuletame vastavalt mahud
Selle protsessi kogu töö on võrdne
Asendades siin olevad väärtused, näeme, et see töö on võrdne nulliga.
Siin on mõningane peensus: segud B ja milleks segu A lagunes, tõsteti erinevatele kõrgustele ja omandasid seega erineva potentsiaalse energia. Kuid kuna töö on null ja süsteemi temperatuur on konstantne, on see võimalik ainult siis, kui süsteem on andnud või saanud teatud koguse soojust. Teades potentsiaalse energia muutust, leiame süsteemile antava soojushulga ja sellest tulenevalt ka entroopia muutuse.
Potentsiaalse energia juurdekasv on
kuid see on võrdne süsteemile antava soojushulgaga, seega on entroopia kasv võrdne
Selle koguse võrra on segu B ruumala ja segu C ruumala entroopiate summa suurem kui segu A ruumalaühiku entroopia. Siit leiame segude B ja C mahud, summa mille entroopiad on võrdsed segu A ruumalaühiku entroopiaga; Selleks viime segude B ja C mahud pööratavalt isotermiliselt mahtudeni ja võrdsustame selle protsessi käigus mõlema segu entroopiate juurdekasvu summa avaldisega (75), mis on võetud vastupidise märgiga.
Segu B entroopia juurdekasv on
Asendame võrrandisse (76) rõhkude avaldis tihedustes
